生物無機化学：金属に敏感なランモジュリン二量体による希土類元素分離の強化
Nature 618, 7963 doi: 10.1038/s41586-023-05945-5
技術的に重要な希土類元素は、イオン半径と配位数の差が小さいため、分離が難しいことがよく知られている。ランタノイドと結合する天然タンパク質のランモジュリン(LanM)は、これまでの溶剤抽出に基づく分離に代わる持続可能な方法となる。今回我々は、メチル資化性菌Hansschlegelia quercusから得られた新しいLanM（Hans-LanM）の特性を評価した。Hans-LanMは、オリゴマー状態が希土類元素のイオン半径に敏感で、ランタン(III)誘導二量体はジスプロシウム(III)誘導二量体より100倍以上堅い。X線結晶構造によって、ランタン(III)とジスプロシム(III)の間のピコメートルスケールの半径の差が、第二圏水素結合ネットワークを再配置するカルボキシレートシフトによってHans-LanMの四次構造にどのように伝播されるかが明らかになった。Methylorubrum extorquensから得られた原型的なLanMとの比較から、異なる金属配位戦略が明らかになり、これによって、Hans-LanMの方が希土類元素において高い選択性を示す理由が合理的に説明された。さらに、Hans-LanM二量体の界面における、構造に誘導される重要な残基の変異誘発によって、溶液における二量体化が調節され、98％以上の個別元素純度に達するネオジム(III)/ジスプロシウム(III)混合物の単一段階のカラム分離が可能になった。今回の研究は、選択的なランタノイド認識モチーフの自然多様性を示しており、生物分子に基づく分離過程の性能を調節する生物学的原理として、希土類元素に敏感な二量体化を明らかにしている。
